双层石墨烯中的异轨道双组分分数量子霍尔态

暴露在强磁场中的二维电子系统会产生大量强相互作用的分数量子霍尔（FQH）态，其复杂的拓扑序通过奇异的涌现粒子（如复合费米子、分数电荷的阿贝尔和非阿贝尔任意子）得以揭示。通过研究多组分FQH态，我们获得了许多见解，其中电子的自旋和赝自旋指标贡献了额外的关联。传统的多组分FQH态在组分共享相同轨道态且由此产生的相互作用与赝自旋无关的情况下形成；这种同轨道性质对其理论理解也至关重要。在这里，我们研究了“异轨道”双组分FQH态，其中轨道指标是赝自旋的一部分，使得多组分相互作用在赝自旋空间中具有强烈的SU(2)各向异性。这种态在双层石墨烯中N = 0和N = 1电子朗道能级之间的同位旋转变处获得，与之前的同轨道双组分FQH态显著不同。特别是，我们观察到平行通量和反向通量复合费米子态的行为截然不同，以及一个异常强的双组分2/5态在广泛的磁场范围内存在，然后在高场下突然消失。我们的发现，结合详细的理论计算，揭示了异轨道FQH效应惊人的鲁棒性，显著丰富了我们对这一新领域中FQH物理的理解。